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A informação genética que governa todos os organismos vivos reside nas fitas de DNA de seus cromossomos. Uma molécula de DNA é uma hélice dupla composta de nucleotídeos – cada nucleotídeo compreendendo um grupo fosfato, um açúcar desoxirribose e uma base nitrogenada. Como a estrutura açúcar-fosfato é assimétrica, as duas cadeias correm em direções opostas.

Por que os filamentos de DNA têm uma direção

A estrutura açúcar-fosfato é construída a partir de uma desoxirribose de cinco carbonos (C1′‑C5′). O carbono 5' se liga a um grupo fosfato, enquanto o carbono 3' contém um grupo hidroxila. Quando os nucleotídeos se ligam, o fosfato 5' de um açúcar liga-se covalentemente à hidroxila 3' do próximo, estabelecendo uma fita contínua 5'→3'. A fita complementar corre 3′→5′.

O emparelhamento de bases segue regras estritas:pares de adenina com timina (A-T) e pares de citosina com guanina (C-G). Esses pares formam os degraus da hélice.

Replicação contínua versus descontínua

Durante a fase S, a helicase desenrola a dupla hélice e a DNA polimerase III (em procariontes) ou DNA polimerase δ/ε (em eucariotos) inicia a síntese. As polimerases só podem adicionar nucleotídeos na direção 5′→3′, de modo que a fita orientada 5′→3′ – a fita principal – pode ser copiada continuamente à medida que a bifurcação de replicação avança. A fita oposta, orientada 3'→5', é a fita retardada e deve ser sintetizada em segmentos curtos de direção inversa, chamados fragmentos de Okazaki.

Cada fragmento é iniciado por um primer estabelecido pela primase e depois alongado pela polimerase. Quando a forquilha de replicação avança, o próximo fragmento é produzido, e este ciclo se repete até que toda a fita atrasada seja concluída.

DNA Ligase fecha as lacunas

Uma vez formados todos os fragmentos de Okazaki, a DNA ligase catalisa a formação de ligações fosfodiéster entre os terminais 3′-OH e 5′-fosfato adjacentes, produzindo uma fita contínua. O resultado são duas hélices duplas idênticas, cada uma composta por uma fita parental e uma fita recém-sintetizada.